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Background Parkinson’s disease (PD) is a systemic disease clinically defined by the degeneration of dopaminergic neurons in the brain. While alterations in the gut microbiome composition have been reported in PD, their functional consequences remain unclear. Herein, we addressed this question by an analysis of stool samples from the Luxembourg Parkinson’s Study (n = 147 typical PD cases, n = 162 controls). Results All individuals underwent detailed clinical assessment, including neurological examinations and neuropsychological tests followed by self-reporting questionnaires. Stool samples from these individuals were first analysed by 16S rRNA gene sequencing. Second, we predicted the potential secretion for 129 microbial metabolites through personalised metabolic modelling using the microbiome data and genome-scale metabolic reconstructions of human gut microbes. Our key results include the following. Eight genera and seven species changed significantly in their relative abundances between PD patients and healthy controls. PD-associated microbial patterns statistically depended on sex, age, BMI, and constipation. Particularly, the relative abundances of Bilophila and Paraprevotella were significantly associated with the Hoehn and Yahr staging after controlling for the disease duration. Furthermore, personalised metabolic modelling of the gut microbiomes revealed PD-associated metabolic patterns in the predicted secretion potential of nine microbial metabolites in PD, including increased methionine and cysteinylglycine. The predicted microbial pantothenic acid production potential was linked to the presence of specific non-motor symptoms. Conclusion Our results suggest that PD-associated alterations of the gut microbiome can translate into substantial functional differences affecting host metabolism and disease phenotype.

Glutathione S-transferases (GST) and glutathione peroxidases, (GPX), together with glutathione reductase (GSSR) catalyse essential reactions for cell defence from toxic agents such as anticancer drugs and/or reactive oxygen species. With glutathione as the central component, this metabolic pathway is activated in most tumours and linked to resistant phenotype. Two approaches have been developed in this work. 1) An epidemiological study, on 41 patients, showed higher glutathione contents and an increase of the above-mentioned glutathione-dependent enzymes in the breast tumours, resulting in the improvement of the intracellular redox status. The numerous correlations between the components of the glutathione system observed only in non-cancerous breast suggest a highly coordinated and organised system that is disrupted in cancerous breast. The increased levels of GSH contents and its related enzymes activities are correlated with various prognostic factors linked to cell proliferation, suggesting the incidence of these inductions in resistance and tumour aggressivenessin breast cancer. 2) A molecular study was performed on human breast adenocarcinoma cell line MCF-7 sensitive or resistant to doxorubicin and/or vincristine. GST as well as GPX activities and expressions were increased according to cellular resistance levels, whereas GSSR and glutathione contents decreased. We focused on the one hand on the role of GPX, that we selectively induced with selenium, which nonetheless did not improve the antioxidative defence and, on the other hand, on GSTT2 subunit overexpressed in vincristine resistant cells and whose 5' regulatory gene region was isolated in order to further study its expression. Resistant phenotype could result from a concomitantvariation of parai lei metabolic pathways, distinct from the early adaptive response to a defined cytotoxic agent., Les glutathion 5-transférases (GST) et peroxydases (GPX) associées à la glutathion réductase (GSSR) catalysent des réactions essentielles dans la prbtection des cellules contre les molécules toxiques comme les agents anticancéreux et les espèces réactives du stress oxydant. Centrées Sur le glutathion (GSH), les voies métaboliques ainsi composées sont activées dans la plupart des tumeurs et associées au phénotype résistant. Deux approches sont développées dans ce travail. 1)Une étude épidémiologique sur 41 patientes a permis de constater l'élévation des teneurs en glutathion et l'augmentation des activités associées dans le tissu mammaire cancéreux, améliorant nettement les conditions redox intracellulaires. Les nombreuses corrélations entre les composantes du système du GSH dans le sein non malade suggèrent une organisation hautement coordonnée, mais ayant totalement disparu dans le sein cancéreux. Les niveaux de GSH et des enzymes associées sont corrélés à divers facteurs pronostiques associés à la prolifération cellulaire, suggérant l'incidence de ces inductions dans la résistance et l'agressivité du cancer mammaire. 2)Une étude moléculaire a été menée sur des lignées d'adénocarcinome mammaire humain MCF-7 sensibles ou résistantes à la doxorubicine et à la vincristine. Les niveaux d'activité et d'expression des GST et GPX sont augmentés proportionnellement au degré de résistance, alors que la GSSR et les taux de glutathion suivent une évolution inverse. Nous avons focalisé notre attention sur le rôle de la GPX que nous avons induite sélectivement par le sélénium, mais sans amélioration visible de la protection antioxydante, et sur la sous-unité GSTT2, induite dans la lignée résistante à la vincristine et dont la région 5' régulatrice du gène a été isolée en vue d'étudier son expression. Le phénotype résistant résulterait donc de la modification concomitante de voies métaboliques parallèles distincte de la réponse adaptative précoce à un cytotoxique donné.

Glutathione S-transferases (GST) and glutathione peroxidases, (GPX), together with glutathione reductase (GSSR) catalyse essential reactions for cell defence from toxic agents such as anticancer drugs and/or reactive oxygen species. With glutathione as the central component, this metabolic pathway is activated in most tumours and linked to resistant phenotype. Two approaches have been developed in this work. 1) An epidemiological study, on 41 patients, showed higher glutathione contents and an increase of the above-mentioned glutathione-dependent enzymes in the breast tumours, resulting in the improvement of the intracellular redox status. The numerous correlations between the components of the glutathione system observed only in non-cancerous breast suggest a highly coordinated and organised system that is disrupted in cancerous breast. The increased levels of GSH contents and its related enzymes activities are correlated with various prognostic factors linked to cell proliferation, suggesting the incidence of these inductions in resistance and tumour aggressivenessin breast cancer. 2) A molecular study was performed on human breast adenocarcinoma cell line MCF-7 sensitive or resistant to doxorubicin and/or vincristine. GST as well as GPX activities and expressions were increased according to cellular resistance levels, whereas GSSR and glutathione contents decreased. We focused on the one hand on the role of GPX, that we selectively induced with selenium, which nonetheless did not improve the antioxidative defence and, on the other hand, on GSTT2 subunit overexpressed in vincristine resistant cells and whose 5' regulatory gene region was isolated in order to further study its expression. Resistant phenotype could result from a concomitantvariation of parai lei metabolic pathways, distinct from the early adaptive response to a defined cytotoxic agent., Les glutathion 5-transférases (GST) et peroxydases (GPX) associées à la glutathion réductase (GSSR) catalysent des réactions essentielles dans la prbtection des cellules contre les molécules toxiques comme les agents anticancéreux et les espèces réactives du stress oxydant. Centrées Sur le glutathion (GSH), les voies métaboliques ainsi composées sont activées dans la plupart des tumeurs et associées au phénotype résistant. Deux approches sont développées dans ce travail. 1)Une étude épidémiologique sur 41 patientes a permis de constater l'élévation des teneurs en glutathion et l'augmentation des activités associées dans le tissu mammaire cancéreux, améliorant nettement les conditions redox intracellulaires. Les nombreuses corrélations entre les composantes du système du GSH dans le sein non malade suggèrent une organisation hautement coordonnée, mais ayant totalement disparu dans le sein cancéreux. Les niveaux de GSH et des enzymes associées sont corrélés à divers facteurs pronostiques associés à la prolifération cellulaire, suggérant l'incidence de ces inductions dans la résistance et l'agressivité du cancer mammaire. 2)Une étude moléculaire a été menée sur des lignées d'adénocarcinome mammaire humain MCF-7 sensibles ou résistantes à la doxorubicine et à la vincristine. Les niveaux d'activité et d'expression des GST et GPX sont augmentés proportionnellement au degré de résistance, alors que la GSSR et les taux de glutathion suivent une évolution inverse. Nous avons focalisé notre attention sur le rôle de la GPX que nous avons induite sélectivement par le sélénium, mais sans amélioration visible de la protection antioxydante, et sur la sous-unité GSTT2, induite dans la lignée résistante à la vincristine et dont la région 5' régulatrice du gène a été isolée en vue d'étudier son expression. Le phénotype résistant résulterait donc de la modification concomitante de voies métaboliques parallèles distincte de la réponse adaptative précoce à un cytotoxique donné.